FR3111958A3 - Dispositif, procédé de surveillance de dépôts et pompe à vide - Google Patents

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Abstract

Dispositif de surveillance (1) de dépôts dans un conduit de refoulement (9) caractérisé en ce qu’il comporte :- un capteur de pression (10) permettant de mesurer au moins une différence de pression dans le conduit de refoulement (9) entre une pression amont dans un emplacement amont (11) et une pression aval dans un emplacement aval (12) dans la direction de pompage des gaz (F), et - une unité de traitement (14) configurée pour déterminer la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval (11, 12) en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé. Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Dispositif, procédé de surveillance de dépôts et pompe à vide
La présente invention se rapporte à un dispositif de surveillance de dépôts au refoulement d’une pompe à vide, une pompe à vide et un procédé de surveillance.
Les pompes à vide sont notamment employées dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs, d’écrans plats ou de substrats photovoltaïques, nécessitant une pression inférieure à la pression atmosphérique. Or, les gaz mis en œuvre dans ces procédés peuvent se transformer en sous-produits solides qui peuvent se déposer sous la forme de couches ou de poudres sur les pièces mobiles et statiques de la pompe, et conduire au colmatage puis au grippage de la pompe par blocage du mécanisme dû à un frottement excessif du rotor avec le stator. Le grippage de la pompe peut entraîner des dommages irrémédiables au niveau du produit en cours de fabrication. Les coûts induits par ces interruptions non programmées de la production sont considérables.
Aujourd'hui la maintenance des pompes à vide est basée à la fois sur des actions correctives et préventives, la meilleure situation étant de pouvoir prédire une maintenance préventive avant que la pompe à vide ne tombe en panne et ne s’arrête.
Pour cela, des opérations de maintenance préventive sont effectuées selon une périodicité définie en fonction de l'application pour laquelle est utilisée la pompe à vide. Cependant la périodicité n'est pas adaptée aux conditions réelles d’utilisation de la pompe qui peuvent varier en fonction de la charge de production et qui peuvent impacter directement la vitesse d’usure ou de colmatage de la pompe, engendrant des opérations inutiles ou bien trop tardives.
Le problème est donc de déterminer un état de fonctionnement défaillant de la pompe à vide avant que la pompe ne tombe en panne, bien souvent sans connaissance des conditions d’utilisation de la pompe à vide, au moyen d’une méthode fiable et simple à mettre en œuvre.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de surveillance de dépôts dans un conduit de refoulement caractérisé en ce qu’il comporte :
- un capteur de pression permettant de mesurer au moins une différence de pression dans le conduit de refoulement entre une pression amont dans un emplacement amont et une pression aval dans un emplacement aval dans la direction de pompage des gaz, et
- une unité de traitement configurée pour déterminer la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
En effet, la réduction locale de la conductance de la canalisation de refoulement en présence d’un dépôt entre les emplacements amont et aval augmente la différence de pression mesurée par le capteur de pression. L’augmentation de la pression à l’emplacement aval peut ainsi être détectée par le dispositif de surveillance.
Le dispositif de surveillance peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
Le capteur de pression peut comporter au moins un capteur de pression différentiel.
Les emplacements amont et aval peuvent être espacés de plus de trois centimètres.
Le capteur de pression peut être configuré pour pouvoir mesurer au moins deux différences de pression entre d’une part, la pression amont à un emplacement amont et une pression intermédiaire à un emplacement intermédiaire, situé entre l’emplacement amont et l’emplacement aval, et d’autre part, entre la pression intermédiaire et la pression aval à un emplacement aval. Ainsi, en cas de constatation d’un dépôt par l’unité de traitement, on peut savoir si le colmatage est situé entre l’emplacement amont et l’emplacement intermédiaire ou entre l’emplacement intermédiaire et l’emplacement aval. Le nombre d’emplacements pour les mesures de pression différentielles peut ainsi être augmenté le long de la canalisation de refoulement afin de pouvoir mieux localiser le colmatage. Le capteur de pression peut pour cela comporter plusieurs (au moins deux) capteurs de pression différentiels.
L’unité de traitement peut être configurée pour émettre une alerte en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
On peut aussi prévoir que l’unité de traitement commande une opération corrective destinée à « nettoyer » le colmatage observé, en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
Par exemple, le dispositif de surveillance peut comporter en outre :
- un dispositif d’injection de gaz comportant au moins une vanne pilotable configurée pour injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement entre les emplacements amont et aval,
- l’unité de traitement étant configurée pour piloter la au moins une vanne pilotable du dispositif d’injection de gaz en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
La commande en ouverture de la au moins une vanne pilotable du dispositif d’injection de gaz permet d’injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement, entre les emplacements amont et aval. Le gaz peut être injecté de manière importante et ponctuelle. Ce fort flux peut permettre de décoller des dépôts pulvérulents. Il est aussi possible de commander une succession de pulses d’injection de gaz de purge pour améliorer le décrochage des dépôts.
On peut aussi prévoir de seulement augmenter la valeur du débit de gaz de purge en cas de dépassement du seuil. Cette opération peut permettre de retarder l’accumulation du dépôt jusqu’à une prochaine maintenance.
Le dispositif de surveillance peut comporter un dispositif de chauffage configuré pour pouvoir chauffer au moins partiellement le conduit de refoulement entre les emplacements amont et aval, l’unité de traitement étant configurée pour commander le dispositif de chauffage en cas de dépassement du seuil prédéterminé. Augmenter la température localement peut permettre de réduire l’accumulation du dépôt et/ou de modifier sa structure pour faciliter son évacuation.
Le dispositif de surveillance peut comporter au moins un actionneur de vibrations configuré pour faire vibrer le conduit de refoulement, l’unité de traitement étant configurée pour commander l’actionneur de vibrations en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
L’invention a aussi pour objet une pompe à vide comprenant :
- un stator,
- au moins un rotor agencé dans le stator et configuré pour entrainer un gaz à pomper dans une direction de pompage des gaz allant d’un orifice d’aspiration de la pompe à vide vers un orifice de refoulement,
caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre un dispositif de surveillance tel que décrit précédemment dont le capteur de pression est agencé dans un conduit de refoulement de la pompe à vide reliant un orifice de sortie du stator à l’orifice de refoulement de la pompe à vide.
L’augmentation de la différence de pression et le dépassement du seuil prédéterminé permettent de constater la présence ou la croissance d’un dépôt dans le conduit de refoulement. Plus la différence de pression est importante et plus le colmatage peut être important.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
L’unité de traitement peut être configurée pour piloter au moins une vanne de pilotage d’un dispositif de purge de la pompe à vide pour augmenter le débit de gaz de purge ou pour pulser l’injection du gaz de purge en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
La pompe à vide est par exemple une pompe sèche comprenant deux rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins un étage de pompage.
La pompe à vide peut comporter un silencieux agencé dans le conduit de refoulement, interposé entre l’orifice de sortie du stator et l’orifice de refoulement de la pompe à vide, les emplacements amont et aval étant situés de part et d’autre du silencieux. Ainsi par exemple, l’emplacement amont est situé au niveau de l’entrée du silencieux et l’emplacement aval est situé au niveau de la sortie du silencieux. Le silencieux est un élément de la pompe à vide particulièrement sensible au colmatage car il peut être un point froid et il peut comporter des zones mortes. Le capteur de pression permettant d’accéder à la différence de pression amont-aval permet d’identifier un colmatage du silencieux.
La pompe à vide peut comporter un clapet de refoulement agencé dans le conduit de refoulement, interposé entre une sortie du silencieux et l’orifice de refoulement, l’emplacement aval étant situé en amont du clapet de refoulement.
Selon un autre exemple, la pompe à vide est une pompe à vide turbomoléculaire.
L’invention a aussi pour objet un procédé de surveillance des dépôts au refoulement d’une pompe à vide, caractérisé en ce que :
- on mesure au moins une différence de pression dans la canalisation de refoulement, entre une pression amont dans un emplacement amont et une pression aval dans un emplacement aval dans la direction de pompage des gaz, et
- on détermine la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
Présentation des dessins
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente une vue schématique d’une portion d’une canalisation de refoulement dans laquelle est agencée un dispositif de surveillance.
La figure 2 est une vue similaire à la figure 1, en présence d’un dépôt dans la canalisation de refoulement.
La figure 3 représente une vue schématique d’un autre exemple de réalisation du dispositif de surveillance.
La figure 4 montre une vue schématique d’un exemple de réalisation de pompe à vide sèche dans laquelle est agencé un dispositif de surveillance.
La figure 5 montre un autre exemple de réalisation du dispositif de surveillance agencé dans la pompe à vide sèche.
La figure 6 est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’une pompe à vide turbomoléculaire dans laquelle est agencé le dispositif de surveillance.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
On définit par pompe à vide primaire, une pompe à vide volumétrique, qui, à l’aide de deux rotors aspire, transfère puis refoule le gaz à pomper à la pression atmosphérique. Les rotors sont portés par deux arbres entrainés en rotation par un moteur de la pompe à vide primaire.
On définit par pompe à vide secondaire Roots (également appelé « Roots Blower » en anglais), une pompe à vide volumétrique, qui, à l’aide de rotors de type Roots aspire, transfère puis refoule le gaz à pomper. Une pompe à vide secondaire est montée en amont et en série d’une pompe à vide primaire. Les rotors sont portés par deux arbres entrainés en rotation par un moteur de la pompe à vide secondaire Roots.
On entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du gaz. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper.
La figure 1 montre un dispositif de surveillance 1 de dépôts dans un conduit de refoulement 9. Le conduit de refoulement 9 peut être raccordé à l’orifice de refoulement d’une pompe à vide turbomoléculaire ou d’une pompe à vide sèche, comme une pompe à vide primaire ou une pompe à vide secondaire Roots ou comme on le verra plus loin, peut faire partie d’une pompe à vide 100, 200.
Le dispositif de surveillance 1 comporte un capteur de pression 10 permettant de mesurer au moins une différence de pression dans un conduit de refoulement 9, entre une pression amont dans un emplacement amont 11 et une pression aval dans un emplacement aval 12 dans la direction de pompage des gaz F.
La direction de pompage des gaz est schématisée par des flèches F sur la figure 1. Les gaz circulent de l’emplacement amont 11 vers l’emplacement aval 12 ou autrement dit, l’emplacement aval 12 est situé après l’emplacement amont 11 dans la direction de pompage des gaz.
Les emplacements amont et aval 11, 12 peuvent être espacés de plusieurs centimètres, par exemple de plus de trois centimètres, comme entre cinq et 100 centimètres.
Le capteur de pression 10 peut comporter au moins un capteur de pression différentiel pour mesurer la différence de pression entre les emplacements amont et aval 11, 12. Selon un autre exemple, le capteur de pression 10 comporte au moins deux sondes de pression, une sonde de pression étant agencée à chaque emplacement 11, 12.
Le capteur de pression différentiel ou les sondes de pression sont par exemple de type piézoélectrique. Ce sont par exemple des composants MEMS (« MicroElectroMechanical Systems en anglais) (ou microsystème électromécanique) fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs.
On peut prévoir que le dispositif de surveillance 1 comporte des moyens de protection du capteur de pression 10, comme par exemple un dispositif d’injection local d’un gaz de purge 13 permettant de former un écran protecteur de gaz aux emplacements amont et aval 11, 12 de mesure de pression. Le gaz de purge peut être un gaz neutre comme de l’air ou de l’azote.
Le dispositif de surveillance 1 comporte également une unité de traitement 14 comprenant un ou plusieurs contrôleurs ou microcontrôleurs ou processeurs et une mémoire pour exécuter des suites d’instructions de programmes mettant en œuvre un procédé de surveillance des dépôts au refoulement d’une pompe à vide dans lequel on mesure au moins une différence de pression dans la canalisation de refoulement 9 entre une pression amont dans l’emplacement amont 11 et une pression aval dans l’emplacement aval 12 dans la direction de pompage des gaz, et on détermine la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval 11, 12 en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
En effet, en présence d’un dépôt 15 entre les emplacements amont 11 et aval 12, on peut constater une réduction de la conductance de la canalisation de refoulement 9 localement, ce qui augmente la différence de pression mesurée par le capteur de pression 10 (figure 2). L’augmentation de la pression à l’emplacement aval 12 peut être détectée par le dispositif de surveillance 1.
L’unité de traitement 14 peut être configurée pour émettre une alerte en cas de dépassement du seuil prédéterminé. L’alerte peut être un signal visuel et/ou sonore et/ou l’émission d’un code d’alerte vers une unité déportée centralisant les informations relatives à un parc de pompes à vide par exemple.
On peut aussi prévoir que l’unité de traitement 14 commande une opération corrective destinée à « nettoyer » le colmatage observé, en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
Par exemple, l’unité de traitement 14 peut être configurée pour piloter au moins une vanne pilotable 16 d’un dispositif d’injection d’un gaz 17 du dispositif de surveillance 1 en cas de dépassement du seuil prédéterminé. La vanne pilotable 16 est destinée à être reliée à une source de gaz. C’est par exemple une électrovanne, telle qu’une vanne électromagnétique ou piézoélectrique.
Sa commande en ouverture permet d’injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement 9, entre les emplacements amont et aval 11, 12.
Le gaz peut être injecté de manière importante et ponctuelle. Ce fort flux peut permettre de décoller des dépôts 15 pulvérulents. A l’issue de l’injection, si la différence de pression mesurée est inférieure au seuil prédéterminé, c’est que le dépôt a pu être balayé.
Il est aussi possible de commander une succession de pulses d’injection de gaz de purge pour améliorer le décrochage des dépôts.
On peut aussi seulement prévoir d’augmenter la valeur du débit de gaz de purge en cas de dépassement du seuil. Cette opération peut permettre de retarder l’accumulation du dépôt jusqu’à une prochaine maintenance.
Selon un autre exemple d’opération corrective, l’unité de traitement 14 est configurée pour commander un dispositif de chauffage 18 du dispositif de surveillance 1, tel qu’une couverture ou une cartouche chauffante.
Le dispositif de chauffage 18 est configuré pour pouvoir chauffer au moins localement le conduit de refoulement 9 entre les emplacement amont 11 et aval 12. L’unité de traitement 14 peut alors augmenter la température au moins localement entre les emplacements amont-aval 11, 12 en cas de dépassement du seuil prédéterminé. Augmenter la température localement peut permettre de réduire l’accumulation du dépôt et/ou de modifier sa structure pour faciliter son évacuation.
Selon un autre exemple d’action corrective, le dispositif de surveillance 1 comporte en outre au moins un actionneur de vibrations 31, comportant par exemple un moteur vibrant, configuré pour faire vibrer le conduit de refoulement 9 et l’unité de traitement 14 est configurée pour commander l’actionneur de vibrations 31 en cas de dépassement du seuil prédéterminé. Les vibrations de la canalisation de refoulement 9 peuvent permettre d’évacuer le dépôt.
La figure 3 montre un autre exemple dans lequel le capteur de pression 10 est configuré pour pouvoir mesurer au moins deux différences de pression, entre d’une part, la pression amont à un emplacement amont 11 et une pression intermédiaire à un emplacement intermédiaire 19, situé entre l’emplacement amont 11 et l’emplacement aval 12, et d’autre part, entre la pression intermédiaire et la pression aval à un emplacement aval 12.
Les emplacements amont, intermédiaire et aval 11, 19, 12 peuvent être espacés entre eux de plusieurs centimètres, par exemple de plus de trois centimètres, comme entre cinq et 100 centimètres.
Ainsi, en cas de constatation d’un dépôt par l’unité de traitement 14, on peut savoir si le colmatage est situé entre l’emplacement amont 11 et l’emplacement intermédiaire 19 ou entre l’emplacement intermédiaire 19 et l’emplacement aval 12.
Le nombre d’emplacements pour les mesures de pression différentielles peut ainsi être augmenté le long de la canalisation de refoulement 9 afin de pouvoir localiser le colmatage. Le capteur de pression 10 peut pour cela comporter plusieurs (au moins deux) capteurs de pression différentiels.
La figure 4 montre un autre exemple dans lequel le capteur de pression 10 du dispositif de surveillance 1 est agencé dans un conduit de refoulement 9 d’une pompe à vide 100 sèche.
La pompe à vide 100 sèche permet le pompage des gaz dans une direction de pompage des gaz schématisée par des flèches F sur la figure 4, allant d’un orifice d’aspiration 2 de la pompe à vide 100 vers un orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 100.
La pompe à vide 100 comporte un stator 4 (ou corps de pompe) comprenant au moins un étage de pompage 5a-5e.
C’est par exemple une pompe à vide secondaire Roots ou une pompe à vide primaire multiétagée pouvant refouler les gaz pompés à pression atmosphérique et comportant au moins deux étages de pompage 5a-5e montés en série, tel qu’entre deux et dix étages de pompage (cinq dans l’exemple illustratif).
La pompe à vide 100 comporte en outre deux rotors 6 agencés dans le stator 4 et configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans le au moins un étage de pompage 5a-5e pour entrainer un gaz à pomper entre l’orifice d’aspiration 2 et l’orifice de refoulement 3.
Chaque étage de pompage 5a-5e du stator 4 est formé par une chambre de pompage recevant deux rotors conjugués, les chambres de pompage comprenant une entrée et une sortie respectives. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors et le stator, puis est entraîné par les rotors vers l’étage suivant.
Les étages de pompage successifs 5a-5e sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages respectifs raccordant la sortie de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de l'étage de pompage qui suit. L’entrée du premier étage de pompage 5a communique avec l’orifice d’aspiration 2. Les dimensions axiales des rotors et des chambres de pompage sont par exemple égales ou décroissantes avec les étages de pompage, l’étage de pompage 5a situé du côté de l’orifice d’aspiration 2 recevant les rotors de plus grande dimension axiale.
Les rotors présentent par exemple des lobes de profils identiques, par exemple de type « Roots » à deux lobes ou plus ou de type « Claw » ou de type à spirale ou à vis ou d’un autre principe similaire de pompe à vide volumétrique. Les arbres portant les rotors 6 sont entrainés par un moteur 7 situé à une extrémité de la pompe à vide 1, par exemple du côté d’un orifice de sortie 8 du dernier étage de pompage 5e du stator 4.
Ces pompes à vide sont dites « sèches » car en fonctionnement, les rotors 6 tournent à l’intérieur du stator 4 sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator 4, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage 5a-5e.
Le conduit de refoulement 9 de la pompe à vide 1 dans lequel le capteur de pression 10 du dispositif de surveillance 1 est agencé, relie l’orifice de sortie 8 du stator 4 à l’orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 1. Les emplacements amont et aval 11, 12 sont situés dans le conduit de refoulement 9. L’orifice de sortie 8 est situé ici en sortie du dernier étage de pompage 5e, en aval des rotors 6, là où les gaz pompés ne sont plus comprimés par les rotors 6.
Comme décrit dans le premier exemple de réalisation, l’unité de traitement 14 du dispositif de surveillance 1 est configurée pour déterminer la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval 11, 12 en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé. L’augmentation de la différence de pression et le dépassement du seuil prédéterminé permettent de constater la présence ou la croissance d’un dépôt dans le conduit de refoulement 9. Plus la différence de pression est importante et plus le colmatage peut être important.
L’unité de traitement 14 du dispositif de surveillance 1 peut aussi être configurée pour surveiller des paramètres de fonctionnement de la pompe à vide 100, tels que la puissance consommée ou la température du stator 4. L’alimentation et la vitesse de rotation de la pompe à vide 100 sont par exemple contrôlées par l’unité de traitement 14.
Selon un exemple de réalisation représenté sur la figure 4, la pompe à vide 100 comprend un silencieux 20 agencé dans le conduit de refoulement 9, interposé entre l’orifice de sortie 8 du stator 4 et l’orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 1.
Les emplacements amont et aval 11, 12 sont alors situés par exemple de part et d’autre du silencieux 20.
L’emplacement amont 11 est interposé entre l’orifice de sortie 8 et une entrée du silencieux 21. L’emplacement amont peut aussi être situé au niveau de l’orifice de sortie 8 ou au niveau de l’entrée du silencieux 21.
L’emplacement aval 12 est par exemple situé au niveau de la sortie du silencieux 22 ou au niveau de l’orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 1 ou il peut être interposé entre la sortie du silencieux 22 et l’orifice de refoulement 3. Dans certaines pompes à vide, la sortie du silencieux 22 peut former l’orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 1.
Ainsi par exemple, l’emplacement amont 11 est situé au niveau de l’entrée du silencieux 21 et l’emplacement aval 12 est situé au niveau de la sortie du silencieux 22. Le silencieux 20 est un élément de la pompe à vide 100 particulièrement sensible au colmatage car il peut être un point froid et il peut comporter des zones mortes, en particulier lorsqu’il est formé d’une succession de chicanes ou autres moyens de déviation du flux de gaz comme les silencieux de type quart d’onde. Le capteur de pression 10 permettant d’accéder à la différence de pression amont-aval permet d’identifier un colmatage du silencieux 20. Typiquement, le seuil prédéterminé pour la différence de pression amont-aval du silencieux 20 est de l’ordre de 100mbar (10000Pa).
Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide 100 comporte en outre un clapet de refoulement 23 agencé dans le conduit de refoulement 9, interposé entre la sortie du silencieux 22 et l’orifice de refoulement 3. L’emplacement aval 12 peut alors être situé en amont du clapet de refoulement 23, c’est à dire entre la sortie du silencieux 22 et le clapet de refoulement 23.
Comme décrit précédemment, on peut prévoir que l’unité de traitement 14 soit configurée pour émettre une alerte en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
On peut aussi prévoir que l’unité de traitement 14 commande une opération corrective destinée à « nettoyer » le colmatage observé, en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
Par exemple, l’unité de traitement 14 est configurée pour piloter une vanne pilotable 16 du dispositif d’injection de gaz 17 du dispositif de surveillance 1 en cas de dépassement du seuil prédéterminé, le dispositif d’injection de gaz 17 permettant d’injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement 9 entre les emplacements amont et aval 11, 12.
Selon un autre exemple, l’unité de traitement 14 est configurée pour piloter au moins une vanne de pilotage 25 d’un dispositif de purge 30 de la pompe à vide 100 pour augmenter le débit de gaz de purge ou pour pulser l’injection du gaz de purge en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
Le dispositif de purge 30 comporte par exemple au moins une vanne pilotable 24, 25 pour distribuer un gaz de purge dans au moins un étage de pompage 5a-5e et/ou dans au moins un palier de support 26, 27 des roulements des rotors 6.
Dans l’exemple, le dispositif de purge 30 comporte une première vanne pilotable 24 configurée pour distribuer le gaz de purge dans le palier de support 26 situé à côté du premier étage de pompage 5a (ou étage de basse pression) notamment pour protéger les roulements et les dispositifs d’étanchéité situés à l’extrémité de la pompe à vide 100, et une deuxième vanne pilotable 25 configurée pour distribuer le gaz de purge dans les étages de pompage 5a-5e via un distributeur.
Les vannes pilotables 24, 25 sont destinées à être reliées à une source de gaz de purge, par exemple via une vanne d’isolation 29. Les vannes pilotables 24, 25 sont par exemple pilotables en tout ou rien : elles sont soit ouvertes (état = 1), soit fermées (état = 0). Ce sont par exemple des électrovannes, telles que des vannes électromagnétiques ou piézoélectriques.
On prévoit par exemple une injection continue dans le palier de support 27 et on commande au moins la vanne pilotable 25 distribuant le gaz de purge dans les étages de pompage 5a-5e de la pompe à vide 100 en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
Comme pour le dispositif d’injection de gaz 17, le gaz de purge peut être injecté dans les étages de pompage 5a-5e de manière importante et ponctuelle pour décoller des dépôts pulvérulents. Il est aussi possible de commander une succession de pulses d’injection de gaz de purge pour améliorer le décrochage des dépôts.
Selon un autre exemple d’opération corrective, l’unité de traitement 14 est configurée pour commander un dispositif de chauffage 18 du dispositif de surveillance 1. Le dispositif de chauffage 18 est configuré pour pouvoir chauffer au moins localement le conduit de refoulement 9 entre les emplacements amont-aval 11, 12, comme par exemple au niveau du silencieux 20.
Selon un autre exemple d’action corrective, l’unité de traitement 14 est configurée pour commander l’actionneur de vibrations 31 en cas de dépassement du seuil prédéterminé. La fréquence d’excitation de l’actionneur de vibrations 31 peut être calée sur la fréquence de résonance des parois du silencieux 20 et/ou du clapet de refoulement 23. La puissance de l’actionneur de vibrations 31 peut ainsi être limitée et les vibrations peuvent être ciblées sur les surfaces des éléments à « nettoyer ». S’il y a plusieurs fréquences de résonance pertinentes à considérer, la fréquence d’excitation de l’actionneur de vibrations 31 peut alterner entre les différentes valeurs de fréquence de résonance, par exemple à intervalles réguliers.
La figure 5 montre un autre exemple de réalisation d’une pompe à vide sèche 100.
Dans cet exemple, le capteur de pression 10 est configuré pour pouvoir mesurer une première différence de pression entre la pression amont à un emplacement amont 11 et une pression intermédiaire à un emplacement intermédiaire 19 situé entre l’emplacement amont 11 et l’emplacement aval 12, et une deuxième différence de pression entre la pression intermédiaire et la pression aval à un emplacement aval 12.
Ainsi, par exemple, l’emplacement amont 11 est situé au niveau de l’orifice de sortie 8 du stator 4, l’emplacement intermédiaire 19 est situé au niveau de l’entrée du silencieux 21 et l’emplacement aval 12 est situé au niveau de la sortie du silencieux 22. On peut ainsi savoir par exemple si le colmatage est situé en amont du silencieux 20 ou dans le silencieux 20.
Le nombre de mesures différentielles peut ainsi être augmenté le long de la canalisation de refoulement 9 afin de pouvoir mieux localiser les éventuels dépôts dans le conduit de refoulement 9.
La figure 6 illustre un autre exemple de réalisation dans lequel le capteur de pression 10 du dispositif de surveillance 1 est agencé dans un conduit de refoulement 9 d’une pompe à vide 200 turbomoléculaire.
Comme on peut le voir plus précisément sur cette figure, la pompe à vide 200 turbomoléculaire comporte un stator 4 et un rotor 6 agencé dans le stator 4 et configuré pour entrainer un gaz à pomper entre un orifice d’aspiration 2 et un orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 200 dans une direction d’écoulement des gaz représentée par les flèches F.
La pompe à vide 200 comporte un étage turbomoléculaire et un étage moléculaire situé en aval de l’étage turbomoléculaire dans la direction d’écoulement des gaz. Les gaz pompés entrent par l’orifice d’aspiration 2, traversent d’abord l’étage turbomoléculaire, puis l’étage moléculaire, pour être ensuite évacués par l’orifice de refoulement 3.
Dans l’étage turbomoléculaire, le rotor 6 comporte au moins deux étages de pales et le stator 4 comporte au moins un étage d’ailettes. Les étages de pales et d’ailettes se succèdent axialement le long de l’axe de rotation du rotor 6 dans l’étage turbomoléculaire. Le rotor 6 comporte par exemple plus de quatre étages de pales, comme par exemple entre quatre et huit étages de pales (six dans l’exemple illustré).
Chaque étage de pales du rotor 6 comporte des pales inclinées qui partent en direction sensiblement radiale d’un moyeu du rotor 6 fixé à un arbre de la pompe à vide 200 turbomoléculaire. Les pales sont réparties régulièrement en périphérie du moyeu.
Chaque étage d’ailettes du stator 4 comporte une couronne de laquelle partent, en direction sensiblement radiale, des ailettes inclinées, réparties régulièrement sur le pourtour intérieur de la couronne. Les ailettes d’un étage d’ailettes du stator 4 viennent s’engager entre les pales de deux étages de pales du rotor 6 successifs. Les pales du rotor 6 et les ailettes du stator 4 sont inclinées pour guider les molécules de gaz pompées vers l’étage moléculaire.
Le rotor 6 comporte par exemple une jupe Holweck 32 dans l’étage moléculaire, formée par un cylindre lisse, qui tourne en regard du stator 4. Le rotor 6 est fixé à l’arbre entraîné en rotation à grande vitesse en rotation axiale dans le stator 4, par exemple une rotation à plus de vingt mille tours par minute, au moyen d’un moteur 7 de la pompe à vide 1 turbomoléculaire. Le moteur 7 est par exemple agencé sous une cloche du stator 4. Le rotor 6 est guidé latéralement et axialement par des paliers magnétiques ou mécaniques.
Le capteur de pression 10 du dispositif de surveillance 1 est agencé dans le conduit de refoulement 9 de la pompe à vide 200 reliant l’orifice de sortie 8 du stator 4 à l’orifice de refoulement 3 de la pompe à vide 200.
Le conduit de refoulement 9 est formé par une canalisation généralement au diamètre standard des raccords sous vide et qui débouche par l’orifice de refoulement 3.
L’orifice de sortie 8 est formé ici dans le stator 2 au niveau de l’extrémité du rotor 6, c’est-à-dire à l’extrémité de la jupe Holweck 32, là où il n’y a plus de compression des gaz mais où les pressions sont les plus élevées et le risque de dépôt le plus important.
L’unité de traitement 14 du dispositif de surveillance 1 peut aussi être configurée pour surveiller des paramètres de fonctionnement de la pompe à vide 200, tels que la puissance consommée ou la température du stator 4. L’alimentation et la vitesse de rotation de la pompe à vide 200 sont par exemple contrôlées par l’unité de traitement 14.
Comme décrit précédemment, l’unité de traitement 14 est configurée pour déterminer la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval 11, 12 en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé. L’augmentation de la différence de pression et le dépassement du seuil prédéterminé permettent de constater la présence ou la croissance d’un dépôt dans le conduit de refoulement 9. Plus la différence de pression est importante et plus le colmatage peut être important. Typiquement, le seuil prédéterminé pour la différence de pression amont-aval dans le conduit de refoulement 9 d’une pompe à vide turbomoléculaire 200 est bien inférieur à celle d’une pompe à vide sèche 100 et serait par exemple de 0,01mbar (1Pa) ou 0,1mbar (10Pa).
Comme décrit précédemment, on peut prévoir que l’unité de traitement 14 soit configurée pour émettre une alerte en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
On peut aussi prévoir que l’unité de traitement 14 commande une opération corrective destinée à « nettoyer » le colmatage observé, en cas de dépassement du seuil prédéterminé, comme de piloter une vanne pilotable 16 du dispositif d’injection de gaz 17 du dispositif de surveillance 1 pour injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement 9 et/ou de piloter au moins une vanne de pilotage 25 d’un dispositif de purge 30 de la pompe à vide 200 pour augmenter le débit de gaz de purge ou pour pulser l’injection du gaz de purge et/ou de commander un dispositif de chauffage 18 pour chauffer au moins localement le conduit de refoulement 9 entre les emplacements amont-aval 11, 12 et /ou de commander l’actionneur de vibrations 31 en cas de dépassement du seuil prédéterminé.

Claims (15)

  1. Dispositif de surveillance (1) de dépôts dans un conduit de refoulement (9) caractérisé en ce qu’il comporte :
    - un capteur de pression (10) permettant de mesurer au moins une différence de pression dans le conduit de refoulement (9) entre une pression amont dans un emplacement amont (11) et une pression aval dans un emplacement aval (12) dans la direction de pompage des gaz (F), et
    - une unité de traitement (14) configurée pour déterminer la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval (11, 12) en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
  2. Dispositif de surveillance (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de pression (10) est configuré pour pouvoir mesurer au moins deux différences de pression entre d’une part, la pression amont à un emplacement amont (11) et une pression intermédiaire à un emplacement intermédiaire (19), situé entre l’emplacement amont (11) et l’emplacement aval (12), et d’autre part, entre la pression intermédiaire et la pression aval à un emplacement aval (12).
  3. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de pression (10) comporte au moins un capteur de pression différentiel.
  4. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
    - un dispositif d’injection de gaz (17) comportant au moins une vanne pilotable (16) configurée pour injecter un gaz de purge dans le conduit de refoulement (9) entre les emplacements amont et aval (11, 12),
    - l’unité de traitement (14) étant configurée pour piloter la au moins une vanne pilotable (16) du dispositif d’injection de gaz (17) en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
  5. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de chauffage (18) configuré pour pouvoir chauffer au moins partiellement le conduit de refoulement (9) entre les emplacements amont et aval (11, 12), l’unité de traitement (14) étant configurée pour commander le dispositif de chauffage (18) en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
  6. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un actionneur de vibrations (31) configuré pour faire vibrer le conduit de refoulement (9), l’unité de traitement (14) étant configurée pour commander l’actionneur de vibrations (31) en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
  7. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de traitement (14) est configurée pour émettre une alerte en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
  8. Dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les emplacements amont et aval (11, 12) sont espacés de plus de trois centimètres.
  9. Pompe à vide (100 ; 200) comprenant :
    - un stator (4),
    - au moins un rotor (6) agencé dans le stator (4) et configuré pour entrainer un gaz à pomper dans une direction de pompage des gaz (F) allant d’un orifice d’aspiration (2) de la pompe à vide (100 ; 200) vers un orifice de refoulement (3),
    caractérisée en ce que la pompe à vide (100 ; 200) comporte en outre un dispositif de surveillance (1) selon l’une des revendications précédentes dont le capteur de pression (10) est agencé dans un conduit de refoulement (9) de la pompe à vide (100 ; 200) reliant un orifice de sortie (8) du stator (4) à l’orifice de refoulement (3) de la pompe à vide (100 ; 200).
  10. Pompe à vide (100 ; 200) selon la revendication 9, caractérisée en ce que l’unité de traitement (14) est configurée pour piloter au moins une vanne de pilotage (25) d’un dispositif de purge (30) de la pompe à vide (100 ; 200) pour augmenter le débit de gaz de purge ou pour pulser l’injection du gaz de purge en cas de dépassement du seuil prédéterminé.
  11. Pompe à vide (100) selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que la pompe à vide (100) est une pompe sèche comprenant deux rotors (6) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins un étage de pompage (5a-5e).
  12. Pompe à vide (100) selon la revendication 11, caractérisée en ce qu’elle comporte un silencieux (20) agencé dans le conduit de refoulement (9), interposé entre l’orifice de sortie (8) du stator (4) et l’orifice de refoulement (3) de la pompe à vide (1), les emplacements amont et aval (11, 12) étant situés de part et d’autre du silencieux (20).
  13. Pompe à vide (100) selon la revendication 12, caractérisée en ce qu’elle comporte un clapet de refoulement (23) agencé dans le conduit de refoulement (9), interposé entre une sortie du silencieux (22) et l’orifice de refoulement (3), l’emplacement aval (12) étant situé en amont du clapet de refoulement (23).
  14. Pompe à vide (200) selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que la pompe à vide est une pompe à vide turbomoléculaire.
  15. Procédé de surveillance des dépôts au refoulement d’une pompe à vide (100, 200) selon l’une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que :
    - on mesure au moins une différence de pression dans la canalisation de refoulement (9), entre une pression amont dans un emplacement amont (11) et une pression aval dans un emplacement aval (12) dans la direction de pompage des gaz, et
    - on détermine la présence de dépôt entre les emplacements amont et aval (11, 12) en fonction de la comparaison de la différence de pression mesurée avec au moins un seuil prédéterminé.
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